Luận án Nghiên cứu tính toán chiều sâu lún vệt bánh xe lớp bê tông nhựa mặt đường ô tô trong điều kiện Việt Nam

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN . i

LỜI CÁM ƠN . ii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT . vii

DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU .viii

DANH MỤC HÌNH VẼ . x

PHẦN MỞ ĐẦU . 1

1. Sự cần thiết của vấn đề nghiên cứu . 1

2. Mục đích và nội dung nghiên cứu. 2

2.1.Mục đích nghiên cứu: . 2

2.2. Nội dung nghiên cứu: . 2

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: . 3

4. Phương pháp nghiên cứu. 3

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án . 3

6. Bố cục luận án . 3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÌNH TRẠNG LÚN VỆT BÁNH XE

LỚP BTN MẶT ĐƯỜNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

DỰ BÁO CHIỀU SÂU LÚN VỆT BÁNH XE . 5

1.1. Sự làm việc của lớp BTN mặt đường chịu tải trọng bánh xe . 5

1.1.1. Ứng xử của lớp BTN dưới tác dụng của tải trọng bánh xe . 5

1.1.2. Khái niệm biến dạng không hồi phục lớp BTN mặt đường . 6

1.2. Tình trạng hư hỏng LVBX lớp BTN trong nước và trên thế giới .

 . 9

1.2.1. Hư hỏng LVBX lớp BTN tại Việt Nam . 9

1.2.2. Hư hỏng LVBX lớp BTN trên thế giới . 10

1.3. Tổng quan các phương pháp tính toán biến dạng lún lớp BTN

trong nước và trên thế giới. . 12

iv

1.3.1. Phương pháp tính toán biến dạng cắt trượt, hằn lún lớp BTN theo

nguyên lý cơ học môi trường rời . 12

1.3.2. Phương pháp tính toán lý thuyết biến dạng lún lớp BTN theo

nguyên lý cơ học môi trường liên tục . 21

1.3.3. Tính toán biến dạng lún lớp BTN theo phương pháp thực nghiệm

 29

1.3.4. Tính toán biến dạng LVBX lớp BTN theo phương pháp cơ học

thực nghiệm . 34

1.3.5. Chiều sâu vùng biến dạng dẻo tính toán trong lớp BTN . 36

1.3.6. Chiều sâu LVBX cho phép . 37

1.4. Tình hình nghiên cứu biến dạng LVBX lớp BTN tại Việt Nam .

 . 38

1.4.1. Nghiên cứu về hư hỏng LVBX trong lớp BTN . 38

1.4.2. Nghiên cứu về kiểm toán, tính toán LVBX trong lớp BTN . 40

1.5. Tổng quan các giải pháp khác khắc phục lún lớp BTN trong nước

và các nước trên thế giới . 41

1.5.1. Các giải pháp khác khắc phục lún lớp BTN trên thế giới . 41

1.5.2. Các giải pháp khác khắc phục lún lớp BTN tại Việt Nam . 43

1.6. Những vấn đề cần nghiên cứu về biến dạng LVBX trong lớp BTN

trong điều kiện Việt Nam. . 45

1.7. Lựa chọn nội dung nghiên cứu của luận án . 45

CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH ĐÀN NHỚT DẺO CỦA BÊ

TÔNG NHỰA TRONG TÍNH TOÁN CHIỀU SÂU LVBX LỚP BÊ

TÔNG NHỰA MẶT ĐƯỜNG . 46

2.1. Cơ chế hình thành biến dạng LVBX lớp BTN mặt đường . 46

2.1.1 Mô hình tải trọng tác dụng lên lớp BTN mặt đường . 46

2.1.2 Cơ chế hình thành LVBX lớp BTN mặt đường . 48

v

2.1.3 Phân loại LVBX theo hình dạng và kích thước vệt lún . 51

2.2. Phân tích đặc tính đàn nhớt dẻo vật liệu BTN phục vụ tính toán

LVBX của lớp BTN mặt đường . 53

2.2.1. Mô hình cơ học vật liệu BTN dưới tác dụng của tải trọng động . 53

2.2.2. Mô đun đàn hồi động của vật liệu BTN . 55

2.3. Thí nghiệm xác định hệ số nhớt hỗn hợp BTN . 64

2.3.1. Các phương pháp thí nghiệm xác định hệ số nhớt của BTN . 64

2.3.2. Thí nghiệm xác định hệ số nhớt của BTN hiện có tại Việt Nam . 69

2.4. Kết luận chương 2 . 78

CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP TÍNH

TOÁN CHIỀU SÂU LVBX LỚP BTN MẶT ĐƯỜNG TRONG ĐIỀU

KIỆN VIỆT NAM . 80

3.1. Cơ sở lý thuyết tính toán LVBX lớp BTN mặt đường . 80

3.2. Đánh giá độ tin cậy của phương pháp tính toán đề xuất . 89

3.2.1 Tính toán chiều sâu hằn lún theo phương pháp đề xuất . 89

3.2.2 Tính toán so sánh với phương pháp tính theo quy trình của Nga 96

3.3. Tính toán xác định chiều sâu vùng biến dạng dẻo tính toán trong

lớp BTN trong điều kiện Việt Nam . 99

3.3.1 Tính toán chiều sâu vùng biến dạng dẻo phụ thuộc tải trọng, áp

lực trục xe tiêu chuẩn và nhiệt độ . 100

3.3.2 Tính toán chiều sâu vùng biến dạng dẻo theo chiều sâu phụ thuộc

nhiệt độ môi trường và lưu lượng trục xe khai thác . 102

3.4. Kết luận chương 3 . 113

CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN LVBX LỚP BTN TRONG

ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM . 115

4.1. Ứng dụng tính toán LVBX một số tuyến đường thực tế tại Việt

Nam . 115

vi

4.1.1 Áp dụng tính LVBX cho kết cấu áo đường QL.1 đoạn qua tỉnh

Ninh Bình . 115

4.1.2 Áp dụng tính LVBX cho kết cấu áo đường QL.1 đoạn qua tỉnh

Thanh Hóa . 119

4.1.3 Khảo sát đánh giá ảnh hưởng của cường độ lớp móng và nền đến

chiều sâu LVBX lớp BTN mặt đường . 122

4.2. Đề xuất áp dụng các giải pháp hạn chế LVBX lớp BTN trong điều

kiện Việt Nam . 127

4.2.1 Giải pháp cấu tạo các lớp kết cấu áo đường . 128

4.2.2 Lựa chọn loại BTN có cường độ kháng hằn lún đáp ứng yêu cầu

khai thác . 129

4.2.3 Quản lý khai thác liên quan đến điều kiện khí hậu nắng nóng của

Việt Nam . 130

4.2.4 Áp dụng quy định kiểm soát tải trọng trục các phương tiện . 132

4.2.5 Tăng cường quản lý chất lượng thi công lớp BTN mặt đường . 135

4.2.6 Kiến nghị áp dụng quy định tính toán chiều sâu LVBX trong tính

toán thiết kế kết cấu áo đường có sử dụng lớp BTN . 136

4.3. Kết luận chương 4 . 139

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 140

1. Những kết quả chính và đóng góp mới của luận án . 140

2. Những tồn tại hạn chế của kết quả nghiên cứu . 141

3. Kiến nghị những nghiên cứu tiếp theo . 141

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ . 142

TÀI LIỆU THAM KHẢO . 143

pdf163 trang | Chia sẻ: vietdoc2 | Ngày: 28/11/2023 | Lượt xem: 105 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Nghiên cứu tính toán chiều sâu lún vệt bánh xe lớp bê tông nhựa mặt đường ô tô trong điều kiện Việt Nam, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
việc thay thế đại lượng lượng mô đun đàn hồi và mô đun nhớt của vật liệu đàn nhớt bằng đại lượng mô đun đàn hồi động của vật liệu theo nguyên lý đàn hồi – đàn nhớt tương đương [23,25,26,56,57,58,60]. Theo lý thuyết đàn nhớt, mô đun phức động cho phép xét được đặc tính đàn hồi và đặc tính nhớt của BTN, là một trong số các đại lượng đặc trưng cho quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của vật liệu có tính đàn nhớt. Trong mô đun phức động E*, phần thực đặc trưng cho mô đun đàn hồi E’ và phần ảo, đặc trưng cho mô đun nhớt E”: E* = )( 0 0 . .     −ti ti e e = E’+iE” hay ,sincos* 0 0 0 0       iE += (2.3) trong đó: E*- mô đun phức, MPa; 'E - mô đun đàn hồi (thành phần thực): cos*EE = ; (2.4) ''E - mô đun nhớt (thành phần ảo): sin*" EE = , (2.5) φ- góc lệch pha: 0360 t   = , (2.6) σ0- ứng suất pháp lớn nhất, MPa; ε0- biến dạng lớn nhất;  - thời gian trễ của biến dạng. t- biến thời gian. 57 Hình 2.7: Biểu đồ biến dạng, ứng suất vật liệu đàn nhớt Mô đun đàn hồi động là giá trị tuyệt đối của mô đun phức động, kí hiệu |E*|. Độ lớn của mô đun đàn hồi động của BTN, |E*|có giá trị bằng giá trị lớn nhất của ứng suất chia cho biến dạng lớn nhất, dưới tác dụng của tải trọng dạng điều hòa [18,23,24,26,33,34,36,75]: 2 2 * 2 2 0 0 0 0 0 0 ( ') ( '') os sinE E E c             = + = + =        (2.7) Các kí hiệu như trên. Quan hệ giữa mô đun phức động E*, mô đun đàn hồi E’, mô đun nhớt E’’ và góc lệch pha φ xem Hình 2.8. Hình 2.8: Quan hệ giữa mô đun đàn hồi, mô đun nhớt và mô đun phức 58 Góc trượt pha với vật liệu đàn hồi, có góc φ = 0, còn với vật liệu nhớt có góc φ = 900. Đối với vật liệu đàn nhớt, ta có 0 < φ < 900. Đối với BTN, góc trượt pha φ có giá trị 0 < φ < 45 0 tùy thuộc loại BTN và nhiệt độ môi trường. Trong tính toán ứng suất – biến dạng của vật liệu có tính đàn nhớt, ứng với mỗi thời gian tác dụng của tải trọng và mỗi mức nhiệt độ môi trường giá trị mô đun đàn hồi động là không đổi, do vậy trong tính toán kết cấu với tải trọng tác dụng là tải trọng động hay tải trọng tĩnh, cho phép sử dụng chung các công thức, toán đồ, bảng tra của vật liệu đàn hồi trong tính toán thiết kế kết cấu, chỉ khác thay đại lượng mô đun đàn hồi tĩnh của vật liệu đàn hồi bằng đại lượng mô đun đàn hồi động của vật liệu đàn nhớt (thí dụ theo [88] đưa ra 2 phương pháp tính toán thiết kế kết cấu AĐM chịu tác dụng của tải trọng động tính cho làn xe chạy và mặt đường chịu tác dụng của tải trọng tĩnh, tính cho khu vực bến xe, bến đỗ, trong cùng 1 quy trình, cho phép dùng chung các công thức và các toán đồ trong tính toán, chỉ khác thay đổi giá trị mô đun động và tĩnh trong tính toán cho từng trường hợp tính). Hình 2.9: Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của vật liệu đàn hồi, nhớt và đàn nhớt. Đặc tính nhớt của vật liệu có tác dụng hấp thụ năng lượng, làm suy giảm biến dạng do tải trọng động gây ra. Khi vật liệu BTN là đàn nhớt dưới tác dụng của tải trọng động, đại lượng mô đun đàn hồi động là đại lượng đặc trưng cho khả năng kháng biến dạng của vật liệu dưới tác dụng của tải trọng động, có giá trị lớn hơn so với giá trị mô đun đàn hồi tĩnh của cùng loại vật liệu khi chấp nhận BTN là vật liệu đàn hồi, với cùng độ lớn của tải trọng. Khi chịu tác động của tải trọng động, trong lớp BTN xuất hiện lực cản nhớt có tác 59 dụng cản trở biến dạng của lớp BTN, có độ lớn phụ thuộc hệ số nhớt của hỗn hợp BTN và tốc độ gia tải (vận tốc phương tiện). Theo kết quả nghiên cứu, độ võng mặt đường mềm dưới tác dụng của tải trọng bánh xe di động có độ lớn nhỏ hơn 20÷30 % so với độ võng do tải trọng tĩnh cùng độ lớn gây ra, sự khác biệt mức độ võng mặt đường phụ thuộc tốc độ phương tiện [65,66]. Theo quy trình thiết kế AĐM của Việt Nam [6], giả thiết BTN hoàn toàn là vật liệu đàn hồi nên mặt đường có độ võng động bằng với độ võng tĩnh, do vậy quy định chung lấy giá trị mô đun đàn hồi tính toán là mô đun đàn hồi tĩnh, tính toán kết cấu có mức biến dạng lớn, thiên về an toàn. Trong quy trình thiết kế AĐM của Nga [88], phân biệt tính toán kết cấu với tải trọng tĩnh và động, quy định khi tính toán mặt đường trên làn xe tính với mô đun đàn hồi là mô đun động, còn khi tính toán mặt đường tại bến xe, bãi đỗ thì lấy mô đun đàn hồi BTN là mô đun đàn hồi tĩnh. Theo quy trình thiết kế mặt đường mềm của Mỹ [27,28] quy định tính toán với tải trọng động, sử dụng đại lượng mô đun đàn hồi động trong tính toán kết cấu. Theo quy trình thiết kế AĐM của Trung quốc (JTG D50-2017), quy định mặt đường BTN tính với tải trọng động, theo mô đun đàn hồi động. Vật liệu BTN có độ nhớt càng cao thì giá trị đại lượng mô đun động càng lớn, khả năng kháng biến dạng của lớp vật liệu càng cao. Tại cùng một thời điểm, nhiệt độ theo chiều sâu lớp BTN thay đổi, nên sẽ làm thay đổi giá trị hệ số nhớt và giá trị mô đun đàn hồi động của BTN, nên cường độ kháng cắt trượt của BTN sẽ thay đổi theo chiều sâu lớp BTN. 2.2.2.2. Ảnh hưởng của thời gian tác dụng tải trọng và nhiệt độ đến mô đun đàn hồi động của BTN a) Ảnh hưởng của thời gian tác dụng tải trọng Trong các quy trình tính toán thiết kế kết cấu áo đường xác định ứng suất - biến dạng trong các lớp vật liệu AĐM theo quy trình Nga [83,88], quy định đại lượng mô đun đàn hồi động được xác định, tương ứng với thời gian tác dụng của tải trọng (tốc độ biến dạng) ở nhiệt độ tính toán, gây ra biến dạng đàn hồi trong các lớp vật liệu của kết cấu, phụ thuộc đường kính chậu võng mặt đường. Ta có thời gian tác dụng của tải trọng: 60 , V D t cvtt = (2.8) trong đó: Dcv - đường kính chậu võng mặt đường do tải trọng gây ra, có độ lớn phụ thuộc kết cấu áo đường, m; V - vận tốc xe chạy theo thiết kế, m/s. Theo [20,23,27], thời gian tác dụng của tải trọng trong tính toán kết cấu được có giá trị trung bình xác định theo công thức thực nghiệm: , 12 V a t tt = (2.9) trong đó: a- bán kính quy đổi vệt bánh xe,m; V- vận tốc xe chạy tính toán,m/s. Bán kính chậu võng theo [20,23,27] xem Hình 2.10. Hình 2.10: Bán kính chậu võng do tải trọng gây ra Theo quy trình thiết kế của Nga và Mỹ, khi tính toán kết cấu mặt đường, đều chấp nhận lấy trung bình thời gian tác dụng của tải trọng là 0,1s, tương đương thời gian tác dụng của tải trọng trục xe với vận tốc tính toán trung bình 80 ÷ 100 km/h. Các giá trị mô đun đàn hồi động tương ứng với từng mức nhiệt độ, của từng loại BTN hiện đã được xác định bằng thí nghiệm mẫu và được công bố trong quy trình của Mỹ [20,23,27] và của Nga [88]. Khác với tính toán độ võng kết cấu áo đường, khi tính toán chiều sâu LVBX lớp BTN, do biến dạng lớp BTN trong miền biến dạng dẻo nên vệt hằn lún lớp BTN chỉ xảy ra trong phạm vi diện tích vệt bánh xe, khi đó theo 61 [65,72,76,80], quy định thời gian tác dụng của tải trọng trong tính toán hằn lún lớp BTN được xác định: , V D t p = (2.10) trong đó: D- đường kính vệt bánh xe hình tròn quy đổi, m; V- vận tốc thiết kế tính toán, m/s. Do giá trị mô đun đàn hồi động phụ thuộc thời gian tác dụng của tải trọng, nên để tính toán biến dạng hằn lún với thời gian tác dụng của tải trọng bằng tp tính theo (2.10), giá trị mô đun đàn hồi động của BTN được xác định bằng thí nghiệm mẫu với thời gian tác dụng tải trọng tương ứng tp. Khi không có điều kiện thí nghiệm mẫu, cũng có thể tham khảo áp dụng công thức chuyển đổi mô đun đàn hồi động, quy đổi từ thời gian tác dụng của tải trọng tính bằng 0,1s, về thời gian tác dụng của tải trọng tp tính theo (2.10), mô đun đàn hồi động được xác định như sau [72,80]: 0,1 . , T tt sE E k= (2.11) (0,0148 0,18) 0,1 T pt k − +   =     (2.12) trong đó: tp - thời gian tính toán của tải trọng tính theo (2.10), phụ thuộc vận tốc phương tiện, s; E0,1s - mô đun động ứng với thời gian tác dụng của tải trọng t=0,1s, với nhiệt độ tính toán (T), được xác định bằng thí nghiệm mẫu. Với BTNC nhựa bitum 60/70, tương tự BTNC12,5 theo TCVN 8819:2011, có thể tham khảo trong [87], ta có: E0,1s=4939.e (-0.049.T), (2.13) với: T - nhiệt độ tính toán, 0C. Cũng có thể tính mô đàn hồi động theo công thức thực nghiệm quy đổi mô đun đàn hồi ở nhiệt độ T0 về nhiệt độ tính toán, có dạng [38]: ,. )(* 0 * )( 0TTa T eEE −= (2.14) 62 với: E*(T)- mô đun động ở nhiệt độ tính toán T, 0C; E0*- mô đun động ở nhiệt độ dẫn xuất T0, 0C; a - hệ số thực nghiệm, phụ thuộc tần số tác dụng của tải trọng và loại BTN. b) Nhiệt độ trong lớp BTN Nhiệt độ tại bề mặt lớp BTN Nhiệt độ trong lớp BTN tại một thời điểm thay đổi theo chiều sâu lớp BTN, phụ thuộc nhiệt độ bề mặt. Nhiệt độ cao làm suy giảm các đặc trưng cường độ của BTN, trong đó có mô đun đàn hồi BTN. Để tính toán các đặc trưng cường độ của lớp BTN thay đổi theo chiều sâu lớp BTN do nhiệt độ thay đổi, cần biết nhiệt độ lớn nhất và nhỏ nhất trên bề mặt lớp BTN trong suốt thời kỳ khai thác. Để xác định trường nhiệt độ trong lớp BTN theo chiều sâu, có thể áp dụng phương pháp thí nghiệm khảo sát đo đạc hiện trường hoặc tính toán bằng công thức. Nhiệt độ bề mặt lớp BTN được tính toán thông qua nhiệt độ không khí và nhiệt độ do bức xạ mặt trời, trong đó nhiệt độ bức xạ mặt trời có thể tính toán thông qua cường độ bức xạ mặt trời, hệ số hấp thụ nhiệt () của từng loại vật liệu (phụ thuộc màu sắc vật liệu)... hoặc tính bằng công thức thực nghiệm. Có 02 công thức thực nghiệm mô tả quan hệ giữa Nhiệt độ không khí - Nhiệt độ mặt đường được xác lập là mô hình SHRP (kết quả của chương trình nghiên cứu chiến lược đường bộ Hoa Kỳ) và mô hình LTPP (kết quả của chương trình nghiên cứu dài hạn mặt đường Hoa Kỳ). Mô hình LTPP đã khắc phục những hạn chế của mô hình SHRP, đưa ra quan hệ Nhiệt độ không khí - Nhiệt độ mặt đường có độ tin cậy cao hơn nên được áp dụng phổ biến hiện nay. Hiện nay, chương trình LTPP đã cập nhật hệ thống khí hậu cho toàn thế giới. Dựa trên chuỗi phân tích số liệu vệ tinh lâu dài (từ năm 1981 đến 2015) cho nghiên cứu và phát triển MERRA (Modern - Era Retrospective analysis for Research and Applications) của NASA. Ở Việt Nam có 108 trạm số liệu MERRA phân bố đều khắp cả nước. Việc sử dụng công thức thực nghiệm này được các nhà khoa học trên thế giới và Việt Nam sử dụng phổ biến do bộ số 63 liệu chi tiết, cụ thể đến từng khu vực, được cập nhật thường xuyên, phù hợp với tình hình khí hậu diễn biến phức tạp như trong giai đoạn gần đây. Do không có điều kiện khảo sát xác định nhiệt độ trong lớp BTN, để tính nhiệt độ tính toán lớn nhất trên bề mặt Tmax trong luận án lấy theo LTPP [29], quy định nhiệt độ Tmax được lấy ở 2cm cách bề mặt lớp BTN, phụ thuộc nhiệt độ không khí lớn nhất (xét điều kiện khu vực) và nhiệt độ bức xạ mặt trời (thông quan vị trí địa lý theo độ vĩ tuyến): Tmax=54,32+0,78.Tkk,max-0,0025.VĐ2-15,14.log(H+25)+z(9+0,61.σ2)0,5 (2.15) Nhiệt độ mặt đường thấp nhất, theo [29] ta có: Tmin= -1,56+0,72.Tkk,min-0,004VĐ2+6,26log(H+25)-z(4,4+0,52. σ2) 0,5 (2.16) trong đó: Tmax, Tmin - nhiệt độ tính toán lớn nhất và nhỏ nhất, oC; Tkk,max, Tkk,min - tương ứng nhiệt độ không khí 7 ngày liên tục lớn nhất và nhỏ nhất, 0C; VĐ - vĩ độ khu vực; H - chiều sâu tính toán, trong tính toán LVBX nhiệt độ bề mặt lớp BTN lấy H=20mm; z - tham số của phân bố chuẩn, lấy theo độ tin cậy, trong điều kiện Việt Nam, có thể lấy độ tin cậy 95%, khi đó tham số z=1,645; σ - độ lệch chuẩn số liệu đo. Nhiệt độ theo chiều sâu lớp BTN. Tính toán nhiệt độ theo chiều sâu lớp BTN để phục vụ tính toán độ lớn tham số mô đun đàn hồi động và độ lớn hệ số nhớt tại các độ sâu tính toán khác nhau trong lớp BTN. Tham khảo theo [36], đưa ra công thức thực nghiệm, cho phép tính nhiệt độ theo chiều sâu lớp BTN với mức nhiệt độ bề mặt bất kỳ từ Tmin đến Tmax trên bề mặt: Tz=b.ln(0,01z+1,0)+Tbm, (2.17) trong đó: Tz - nhiệt độ tại độ sâu z, 0C; z - độ sâu tính toán, cm; 64 b - hệ số thực nghiệm, phụ thuộc nhiệt độ bề mặt tính toán, có thể tính theo công thức: b = -0,0028.(Tbm)2 - 0,1787.(Tbm) + 3,406 Tbm - nhiệt độ bất kỳ tại bề mặt lớp BTN, 0C; Nhiệt độ bề mặt lớp BTN (Tbm) có thể được xác định theo công thức đề xuất của Rajib B. Mallick, Tahar El-Korchi như sau [20]: Tbm=Tkk-0,00618.VĐ2+0,2289.VĐ+24,4, (2.18) trong đó: Tkk - nhiệt độ không khí lớn nhất 7 ngày liên tục, 0C; VĐ - vĩ độ nơi tuyến đường đi qua. Thay Tbm vào (2.17) sẽ tính được Tz ở các độ sâu khác nhau. Thay các giá trị nhiệt độ bề mặt và theo chiều sâu z lớp BTN theo (2.15) ÷ (2.17) vào công thức (2.13), sẽ xác định được giá trị đại lượng mô đun đàn hồi động của BTN phụ thuộc nhiệt độ tại các độ sâu khác nhau trong lớp BTN. 2.3. Thí nghiệm xác định hệ số nhớt hỗn hợp BTN 2.3.1. Các phương pháp thí nghiệm xác định hệ số nhớt của BTN Để tính toán biến dạng không hồi phục, xác định chiều sâu LVBX lớp BTN theo nguyên lý cơ học môi trường liên tục, cần xác định hệ số nhớt của BTN. Độ lớn hệ số nhớt của từng loại BTN được xác định bằng thí nghiệm mẫu, ngoài phụ thuộc độ nhớt của nhựa bitum và thành phần cấp phối của cốt liệu, còn phụ thuộc tốc độ gia tải mẫu thí nghiệm. Để đơn giản trong tính toán, theo quy trình thí nghiệm của Nga, Mỹ và các nước trên thế giới, đều quy định thí nghiệm mẫu với tốc độ gia tải 50 mm/min (tương đương với tốc độ thiết kế tính toán trung bình của phương tiện khi tham gia giao thông trên đường). Khi sử dụng các loại phụ gia trong nhựa bitum góp phần làm tăng độ dính bám, tăng khả năng chịu nhiệt của nhựa bitum, đều góp phần làm tăng hệ số nhớt của BTN, thành phần cấp phối, kích cỡ hạt, độ nhám bề mặt cốt liệu, cũng góp phần làm thay đổi hệ số nhớt của BTN. Để xác định hệ số nhớt của BTN hiện có ở Việt Nam cần tiến hành thí nghiệm mẫu cho từng loại BTN. Ở Việt Nam chưa ban hành quy trình thí nghiệm xác định hệ số nhớt của BTN. Tại Mỹ, hiện nay chỉ quy định phương 65 pháp thí nghiệm xác định hệ số nhớt của nhựa bitum và của vữa asphalt phục vụ tính toán LVBX, mà không quy định thí nghiệm xét hệ số nhớt của hỗn hợp BTN. Tại Nga đã giới thiệu quy trình thí nghiệm hệ số nhớt của hỗn hợp BTN [69,75,79]. Để xác định hệ số nhớt của hỗn hợp BTN phục vụ tính toán LVBX, trong luận án kiến nghị áp dụng quy trình thí nghiệm của Nga. 2.3.1.1. Quy trình thí nghiệm xác định hệ số nhớt trực tiếp từ mẫu Theo [69], hệ số nhớt BTN được thí nghiệm theo mẫu hình trụ, có chiều cao bằng đường kính mẫu, nén dọc trục với tải trọng không đổi trong phạm vi trên dưới 1kN, sao cho sau 10 phút nén mẫu, mẫu biến dạng từ 1÷ 5 mm, trong quá trình thí nghiệm cần đảm bảo mẫu luôn ở giá trị nhiệt độ yêu cầu, giá trị hệ số nhớt được xác định theo công thức: , )(3 .. 2 0 24 −− − = hhd tFk   (2.19) trong đó: k - hệ số, phụ thuộc kích thước mẫu, với chiều cao bằng đường kính mẫu; F - lực nén mẫu, kN; d - đường kính mẫu, mm; h0, h - tương ứng là chiều cao mẫu trước và sau thí nghiệm, mm; t - thời gian thí nghiệm nén mẫu,s. 2.3.1.2. Phương pháp thí nghiệm xác định hệ số nhớt gián tiếp từ cường độ nén của BTN Theo [75,79], mỗi loại BTN ở mỗi mức nhiệt độ nhất định có độ lớn hệ số nhớt và cường độ nén nhất định, phụ thuộc loại nhựa bitum và thành phần cấp phối cốt liệu của hỗn hợp. Nên giữa hệ số nhớt và cường độ nén của mỗi loại BTN ở nhiệt độ tính toán có quan hệ chặt với nhau. Quan hệ trên có dạng như sau: 3 ,n R a    =     (2.20) trong đó: η- hệ số nhớt tại nhiệt độ tính toán, MPa.s; 66 Rn- cường độ nén mẫu, phụ thuộc nhiệt độ tính toán, MPa; a - hệ số, phụ thuộc loại BTN và nhiệt độ tính toán, xác định bằng thí nghiệm mẫu. Từ kết quả nghiên cứu với loại BTNC có cốt liệu thô nhóm B, có hàm lượng thô D ≥ 4,75mm trong khoảng (40 ÷ 50) %, nhựa bitum 60/70, trong phạm vi từ (0 ÷ 70) 0C, theo [75,79] giá trị hệ số a được xác định như sau: a = 0,000107.T2 + 0,00245.T+0,0473, (2.21) trong đó: T- nhiệt độ tính toán. Với mỗi loại BTN sẽ có độ lớn hệ số nhớt và độ lớn cường độ nén nhất định, vì vậy với mỗi loại BTN quan hệ giữa 2 đại lượng hệ số nhớt và cường độ nén thông qua hệ số a là đại lượng có độ lớn ổn định, phụ thuộc loại nhựa bitum và thành phần cấp phối của hỗn hợp BTN. Theo [75,79], với hệ số a cho mỗi loại BTN, khi biết cường độ nén của BTN, theo (2.20) sẽ tính được hệ số nhớt của BTN. Từ kết quả thí nghiệm theo [75,79] nhận được hệ số nhớt của các loại BTN phụ thuộc nhiệt độ theo bảng 2.3. Bảng 2.3. Quan hệ giữa hệ số nhớt dẻo và nhiệt độ của BTN Loại BTN Hệ số nhớt dẻo ở các mức nhiệt độ, MPa.s 50 0C 20 0C 0 0C BTNC, nhựa bium 60/70, cốt liệu nhóm B, hàm lượng D ≥ 4,75mm từ 40 ÷ 50% 30 5,104 2.107 BTNC, nhựa bium 60/70, cốt liệu nhóm A, hàm lượng D ≥ 4,75mm từ 50 ÷ 60% 55 8,2.104 1.108 Từ kết quả nghiên cứu cho thấy, độ lớn hệ số nhớt hoặc cường độ nén của BTN đều có ảnh hưởng đến phát triển biến dạng LVBX lớp BTN. Để tránh xảy ra LVBX lớp BTN mặt đường, cần đảm bảo yêu cầu về độ lớn hệ số nhớt hoặc độ lớn cường độ nén của lớp mặt BTN cho một số vùng khí hậu của Nga theo Bảng 2.4 [75,79]: 67 Bảng 2.4. Quy định giá trị hệ số nhớt và cường độ nén yêu cầu lớp mặt BTN Vùng khí hậu Hệ số nhớt yêu cầu ở 500С, η, МPа.s Cường độ nén yêu cầu ở 500С, Rn, МPа Kaliningrad 17,5 0,84 Sankt Petecrburg 9,0 0,67 Москvа 16,5 0,82 Кrасnоdаr 115,0 1,57 Vùng viễn đông 30,5 1,01 Novosibirck 24 0,93 Voronezh 28 0,.98 Theo [68], giữa các đại lượng lực dính và góc nội ma sát với cường độ nén mẫu thí nghiệm của BTN có quan hệ với nhau, tăng lực dính C làm tăng lực dính kết giữa các hạt cốt liệu, còn tăng thành phần cốt liệu thô không chỉ làm lực nội ma sát (thông qua hệ số nội ma sát tgφ), có tác dụng làm tăng cản trở dịch chuyển tương đối của các hạt, làm giảm biến dạng của lớp vật liệu, mà còn có tác dụng làm tăng khung cốt chịu lực của hỗn hợp, góp phần làm tăng cường độ nén của hỗn hợp. Khi đó giữa lực dính và góc nội ma sát với cường độ nén của hỗn hợp BTN có quan hệ sau: ), 24 (..2  += tgCRn (2.22) trong đó: C- lực dính của hỗn hợp BTN, MPa; φ- góc nội ma sát của hỗn hợp BTN. Như vậy, với loại BTN có độ lớn lực dính và hệ số nội ma sát cao, thì chiều sâu LVBX tính theo nguyên lý cơ học môi trường rời cho giá trị thấp, đồng thời, với độ lớn lực dính và hệ số nội ma sát cao, theo (2.22) sẽ tính được cường độ nén của hỗn hợp có giá trị cao, thay vào (2.20) sẽ nhận được hệ số nhớt có giá trị cao, khi đó sẽ cho độ lớn LVBX có giá trị thấp. Do vậy cho phép sử dụng các phương pháp tính toán chiều sâu LVBX theo nguyên lý cơ học môi trường rời theo tham số lực dính C và hệ số nội ma sát tgφ hay 68 theo nguyên lý cơ học môi trường liên tục theo tham số hệ số nhớt đều cho giá trị tương tự nhau. Từ quy trình thí nghiệm hệ số nhớt của BTN theo phương pháp trực tiếp theo (2.19) và gián tiếp theo (2.20) cho thấy, nếu sử dụng phương pháp thí nghiệm gián tiếp, xác định hệ số nhớt có quy trình thí nghiệm đơn giản hơn so với phương pháp trực tiếp. Do vậy, theo [75,79], phương pháp thí nghiệm xác định hệ số nhớt gián tiếp theo cường độ nén cũng được chấp nhận và đang được sử dụng ở Nga hiện nay. Loại BTNC theo TCVN 8819:2011 ở Việt Nam có thành phần cốt liệu thô gần tương tự nhóm B theo quy định của Nga, do không có điều kiện thí nghiệm kiểm chứng lại hệ số a trong điều kiện vật liệu BTN của Việt Nam, nên trong luận án, kiến nghị sử dụng hệ số a theo công thức (2.21). 2.3.1.3. Lựa chọn phương pháp thí nghiệm hệ số nhớt BTN Cả 2 phương pháp xác định hệ số nhớt nêu trên có sự giống nhau là hệ số nhớt đều được xác định thông qua cường độ nén của mẫu BTN. Sự khác nhau là nén mẫu theo phương pháp trực tiếp thì mẫu chưa bị phá hủy, còn nén mẫu theo phương pháp gián tiếp thì mẫu đã bị phá hủy. Kết quả xác định hệ số nhớt theo phương pháp phá hủy mẫu thường cho gia trị thấp hơn, so với phương pháp không phá hủy mẫu. Song sự khác biệt không lớn, nên theo [75,79], có thể sử dụng 1 trong 2 phương pháp thí nghiệm trên để xác định hệ số nhớt đều chấp nhận được. Do điều kiện hiện nay các PTN của Việt Nam chưa được trang bị các thiết bị thí nghiệm chuyên dụng theo phương pháp thí nghiệm xác định hệ số nhớt trực tiếp từ thí nghiệm mẫu theo (2.19) trong [69,71], mà chỉ có các thiết bị xác định cường độ nén mẫu đơn giản. Vì vậy, trong luận án kiến nghị lựa chọn phương pháp thí nghiệm xác định hệ số nhớt gián tiếp từ cường độ nén của BTN theo (2.20). Các mẫu thí nghiệm được thực hiện tại PTN chuyên dùng, trường Đại học Công nghệ GTVT. 69 2.3.2. Thí nghiệm xác định hệ số nhớt của BTN hiện có tại Việt Nam 2.3.2.1. Các loại BTN hiện có tại Việt Nam Hiện nay ở Việt Nam đang sử dụng phổ biến 03 loại BTNC: BTNC sử dụng nhựa thông thường theo TCVN 8819:2011 [4], BTNC sử dụng nhựa thông thường theo TCVN 13567-1:2022 (trên cơ sở QĐ 858/2014[1]); BTNP theo TCVN 13567-2:2022. a) BTNC sử dụng nhựa thông thường theo TCVN 8819:2011 Đây là loại BTN mặt đường truyền thống, được sử dụng nhiều nhất tại Việt Nam, các tuyến đường sử dụng BTNC được xây dựng trước năm 2015 hầu hết sử dụng loại BTN này, trong các năm gần đây loại vật liệu này vẫn được sử dụng. Yêu cầu kỹ thuật đối với loại BTN này như sau: - Yêu cầu đối với nhựa (bitum): Nhựa đường dùng để chế tạo BTN là loại nhựa đường đặc, gốc dầu mỏ thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật quy định tại TCVN 7493:2005. Tham khảo Phụ lục A của TCVN 7493:2005 để lựa chọn loại nhựa đường thích hợp làm BTN nóng. Dùng loại nhựa đường nào do Tư vấn thiết kế quy định. Nhựa đường 60/70 rất thích hợp để chế tạo các loại BTNC và BTNR. Nhựa đường 85/100 rất thích hợp để chế tạo BTNC 4,75. - Yêu cầu kỹ thuật đối với hỗn hợp BTN phải đảm bảo theo Bảng 3 - TCVN 8819:2011[4], các yêu cầu đối với vật liệu đầu vào, quy trình sản xuất và thi công cũng được trình bày cụ thể trong tiêu chuẩn này. b) BTNC sử dụng nhựa thông thường theo TCVN 13567-1:2022[5] (trên cơ sở QĐ 858/2014) Loại BTNC này được sử dụng từ năm 2014 đến nay và dần thay thế loại BTNC theo TCVN 8819:2011[4]. Các chỉ tiêu kỹ thuật, yêu cầu về vật liệu, quá trình sản xuất và thi công cũng được trình bày chi tiết trong TCVN 13567-1:2022. BTNC theo TCVN 13567-1:2022[5] có xu hướng thô hóa cốt liệu hơn so với BTNC theo TCVN 8819:2011, làm tăng khả năng kháng cắt trượt của BTN. Một số chỉ tiêu kỹ thuật được điều chỉnh cụ thể như sau: 70 Bảng 2.5. Chỉ tiêu kỹ thuật của một số loại BTNC phổ biến tại Việt Nam Chỉ tiêu QĐ858 TCVN 8819:2011 TCVN 13567- 1:2022 Loại BTNC BTNC 12.5 và BTNC 19 1. Số chày đầm 75x2 75x2 2. Độ ổn định ở 600C, 40 phút, kN ≥ 8 ≥ 8 3. Độ dẻo, mm 1.5 ÷ 4.0 2 ÷ 4 1.5 ÷ 4.0 4. Độ ổn định còn lại, % ≥ 80 ≥ 80 5. Độ rỗng dư, % Lớp BTNC trên cùng 4 ÷ 6 3 ÷ 6 4 ÷ 6 Lớp BTNC lớp dưới 3 ÷ 6 3 ÷ 6 3 ÷ 6 6. Độ rỗng cốt liệu, % 4% Cỡ hạt 12.5 ≥ 13.5 ≥ 14 ≥ 14.0 Cỡ hạt 19 ≥ 13 ≥ 13 ≥ 13 5% Cỡ hạt 12.5 ≥ 14.5 - ≥ 15 Cỡ hạt 19 ≥ 14 - ≥ 14 6% Cỡ hạt 12.5 ≥ 15.5 - ≥ 16 Cỡ hạt 19 ≥ 15 - ≥ 15 7. Độ rỗng lấp đầy nhựa, % 65 ÷ 75 - 65 ÷ 75 8. Độ sâu vệt hằn bánh xe, mm 10000 chu kỳ - ≤ 12.5 - 15000 lượt ≤ 12.5 - - 20000 lượt - - ≤ 12.5 9. Tỷ lệ P0.075/Pae - - 0.8 ÷ 1.6 10. Độ ổn định động, lần/mm - - ≥ 1000 Các chỉ tiêu có sự thay đổi như vậy cơ bản là do cấp phối cốt liệu đã có sự điều chỉnh theo hướng thô hóa, cốt liệu có kích thước > 4,75 mm chiếm thành phần > 50%. Ví dụ đối chiếu với 02 loại BTNC như sau: 71 Bảng 2.6. So sánh cấp phối hỗn hợp cốt liệu BTNC 12.5 Tên tiêu chuẩn QĐ858 TCVN 8819:2011 TCVN 13567-1:2022 Loại BTNC BTNC 12.5 1. Cỡ hạt danh định 12,5 12,5 12,5 2. Cỡ sàng vuông Lượng lọt sàng, % khối lượng 31,5 ÷ ÷ ÷ 25 ÷ ÷ ÷ 19 100 100 ÷ 16 ÷ ÷ 100 12,5 74 ÷ 90 90 ÷ 100 90 ÷ 100 9,5 60 ÷ 80 74 ÷ 89 68 ÷ 85 4,75 34 ÷ 62 48 ÷ 71 38 ÷ 68 2,36 20 ÷ 48 30 ÷ 55 24 ÷ 50 1,18 13 ÷ 36 21 ÷ 40 15 ÷ 38 0,6 9 ÷ 26 15 ÷ 31 10 ÷ 28 0,3 7 ÷ 18 11 ÷ 22 7 ÷ 20 0,15 5 ÷ 14 8 ÷ 15 5 ÷ 15 0,075 4 ÷ 8 6 ÷ 10 4 ÷ 8 c) BTNP sử dụng nhựa polyme theo 22TCN 356-06 BTNP mới được sử dụng nhiều từ năm 2010 tại một số tuyến đường có lưu lượng lớn và các phương tiện tải trọng nặng, vật liệu này thường được sử dụng làm lớp mặt trên do có khả năng kháng cắt trượt lớn, các lớp mặt dưới vẫn sử dụng BTNC thông thường như trên tuyến QL.1 đoạn tránh TP. Phủ Lý, cao tốc Hà Nội – Hải Phòng, Từ năm 2022 trở về trước, BTNP được thiết kế chế tạo, sản xuất và thi công theo 22TCN 356-06, từ tháng 6/2022 Bộ Khoa học và Công nghệ đã ban hành TCVN 13567-2:2022 (Lớp mặt đường bằng hỗn hợp nhựa nóng-Thi công và nghiệm thu- Phần 2: Bê tông nhựa chặt sử dụng nhựa đường polyme) làm căn cứ áp dụng BTNP vào các tuyến đường tại Việt Nam. Nhựa Polyme sử dụng trong BTNP đảm bảo theo TCVN 11193:2021. TCVN 13567-2:2022 điều chỉnh, bổ sung thêm các tiê

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfluan_an_nghien_cuu_tinh_toan_chieu_sau_lun_vet_banh_xe_lop_b.pdf
  • pdf2. Tom tat luan an A5.pdf
  • pdf3. Trich yeu LA.pdf
  • pdfCV Vu Trung Hieu.pdf
  • pdfQD Vu Trung Hieu.pdf
Tài liệu liên quan